平流层平台中继传输中的高速LDPC信道编码研究

论文摘要

基于平流层平台的通信系统是一种极具吸引力的新型通信系统,其高速数据中继传输需要采用先进的信道编码技术,以便在保证较高功率效率的前提下达到很低的误码率。研究设计一种合适的低密度奇偶校验（LDPC）码可以有效解决这一问题。由于准循环（Quasi-Cyclic, QC）LDPC码能克服随机构造的LDPC码编码复杂度和存储复杂度高的缺点,本文着重研究QC-LDPC码的构造、编译码器的设计和实现。本文首先介绍基于欧氏几何的QC-LDPC码构造方法。通过仿真证明合理设计的QC-LDPC码的性能完全可以达到甚至优于随机构造的LDPC码的性能。接着介绍QC-LDPC码生成矩阵的求解算法,给出了基于生成矩阵的行和列的两种编码方法,以及用反馈移位寄存器和逻辑门来实现两种编码方法的编码电路,并分析比较了两种编码方法实现复杂度。采用基于行的编码方法设计并用FPGA实现了QC-LDPC码编码器。最后根据QC-LDPC码校验矩阵的结构特点,分别从译码器总体结构、迭代译码结构、译码算法和迭代次数以及CNU和VNU电路等方面做了详细的设计,确定了QC-LDPC码译码器的硬件实现方案。同时文中还给出了简化高阶软译码初始化算法和仿真性能。另外还研究了一种能平衡置信算法校验节点更新和变量节点更新计算复杂度的有助于提高译码速率的改进BP算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作背景及其意义
• 1.2 低密度奇偶校验码研究与应用现状
• 1.3 本文的主要研究工作和内容安排
• 第二章 准循环LDPC 码的构造
• 2.1 LDPC 码简介
• 2.1.1 LDPC 码的定义
• 2.1.2 LDPC 码的Tanner 图表示
• 2.2 QC-LDPC 码
• 2.2.1 QC-LDPC 码的优点
• 2.2.2 QC-LDPC 码的结构
• 2.3 基于欧氏几何的QC-LDPC 码的构造方法
• 2.3.1 欧氏几何
• 2.3.2 循环方阵的构造
• 2.3.3 循环方阵的行、列分裂
• 2.3.4 QC-LDPC 码的构造方法
• 2.4 QC-LDPC 码的性能仿真
• 2.4.1 仿真参数
• 2.4.2 仿真结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 准循环LDPC 码编码器设计与FPGA 实现
• 3.1 随机构造的LDPC 码编码算法
• 3.1.1 高斯消去直接编码算法
• 3.1.2 近似下三角矩阵的有效编码算法
• 3.2 QC-LDPC 码生成矩阵的计算
• 3.2.1 第一种情况下生成矩阵的计算
• 3.2.2 第二种情况下生成矩阵的计算
• 3.3 QC-LDPC 码编码器的设计
• 3.3.1 基于行的QC-LDPC 码编码器
• 3.3.2 基于列的QC-LDPC 码编码器
• 3.3.3 第二种情况下的QC-LDPC 码编码器
• 3.3.4 基于行、列编码器的复杂度比较
• 3.4 QC-LDPC 码编码器的FPGA 实现
• 3.4.1 编码方法的选择
• 3.4.2 编码器的总体框图
• 3.4.3 各模块的FPGA 实现
• 3.4.4 验证结果与性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 准循环LDPC 码译码器设计
• 4.1 LDPC 码译码算法
• 4.1.1 BP 算法
• 4.1.2 最小和算法
• 4.1.3 归一化最小和算法
• 4.2 软判决译码初始化
• 4.2.1 高阶调制下的译码初始化
• 4.2.2 高阶译码初始化简化算法
• 4.3 QC-LDPC 码译码器的结构设计
• 4.3.1 译码器实现结构框图
• 4.3.2 部分并行迭代译码结构
• 4.3.3 译码算法和迭代次数的选择
• 4.3.4 CNU 和VNU 电路设计
• 4.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读研期间的研究成果